[发明专利]一种用于增加煤粉气流床气化炉碳转换率的喷嘴

说明书

技术领域

本发明属于煤气化技术领域，特别涉及一种用于增加煤粉气流床气化炉碳转换率的喷嘴。

背景技术

煤炭满足了世界上近30%的一次性能源需求，但是大量使用煤炭对生态环境产生了很大影响。煤粉气化炉是一种通过将煤部分氧化并进一步和其他反应介质进行反应最终制备以一氧化碳和氢气为主要成分合成气的设备。通过发展煤气化技术，可以缓解使用煤炭所带来的环境污染问题，因而其在洁净煤工业技术领域中占有重要地位。

气流床气化炉由于燃料适用性好，运行温度、压力高，碳转换率高，产气能力强，所产生的合成气可用于发电、生产化学品和化肥、合成各种油品、或转换为天然气等原因，得到了国内外广泛的推广应用。

对于气流床气化炉，当给定煤种和颗粒度时，煤粉进入气化炉能否充分反应（由碳转换率表征）主要由两个因素决定，一个是否有足够高的反应温度，另一个是否有足够长的停留时间。反应温度通常由氧煤比决定，为确保最高的冷煤气效率，氧煤比不能太高，从而限定了反应温度。所以延长颗粒停留时间是提高碳转换率的有效途径。

延长停留时间可以通过增大反应器尺寸来实现，但这同时也增大了制造成本，更加经济可行的方法则是通过合理地设计气化喷嘴来优化颗粒的流动，使煤粉能与高温气流充分混合，充分利用反应器容积以延长颗粒的停留时间。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种用于增加煤粉气流床气化炉碳转换率的喷嘴，通过气化炉喷嘴设计来改变气化炉内流场从而加强煤粉与气流的混合，延长颗粒停留时间，最终提高煤粉中碳转换率。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种用于增加煤粉气流床气化炉碳转换率的喷嘴，包括自外而内的同轴的外侧水冷套管1、内侧水冷套管4、外环喷头8和内环喷头10，外侧水冷套管1和内侧水冷套管4之间构成冷却水导出通道2，内侧水冷套管4和外环喷头8之间构成冷却水导入通道7，外环喷头8和内环喷头10之间构成外环通道9，内环喷头10内构成内环通道11，冷却水导出通道2出口处设置有前端水冷室5，所述外环通道9的出口处对称设置有若干旋流器12。

优选地，所述外环喷头8前端有内收敛半角α，内环喷头10前端有外收敛半角β，且内收敛半角α大于等于外收敛半角β，旋流器12设置在内收敛部位与外收敛部位之间。

优选地，所述内收敛半角α取值范围为5°～50°，外收敛半角β取值范围为5°～50°。

更优选地，所述内收敛半角α取值范围为20°～30°，外收敛半角β取值范围为20°～30°。

优选地，所述旋流器12至少有两个，所述旋流器12为轴向螺旋槽式或者轴向叶片式，其外径与外环通道9内径相等。

优选地，所述旋流器12为8～12个，当旋流器12为轴向叶片式时，其导流角度为30°～60°。

优选地，所述内环通道11的直径为d，外环通道9出口端截面与内环通道11出口端截面之间距离为a且a＜2d，d的大小由气化炉容量决定。更优选地，a＜d。

优选地，所述前端水冷室5包括连通冷却水导出通道2的喷嘴前端冷却外通道3和连通冷却水导入通道7的喷嘴前端冷却内通道6。

本发明同时提供了一种使用所述喷嘴的气化炉。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

（1）在外环通道出口段装有旋流器，气化剂气流在由外环通道喷出前流经旋流器获得高速旋转能量，旋转喷出的气化剂在喷嘴出口处具有很大的切向速度，使得其在同样体积气化炉内旋转次数增加、通过的路径增长、气相紊动剧烈，从而不仅提高其与煤粉的混合效果，并且同时延长了其携带煤粉在气化炉内停留的时间，在时间和空间上与煤粉得到充分接触和反应，提高了碳转换率和合成气产物中的有效气体含量。

（2）通过适当设置外环喷头内收敛半角和内环喷头外收敛半角，使外环通道出口收缩并向中心区域倾斜，可以控制气化剂的喷射角度（用以加大与煤粉喷射区域的重合度）和喷射形状（用以扩大气化剂的喷射范围），加强气化剂和煤粉的混合与碰撞。

（3）外环通道的末端截面与内环通道的末端截面之间设置一定的距离，使得煤粉喷头与气化剂喷头之间形成小型预混腔室。由于在预混腔室中煤粉和气化剂能够提前混合，相当于延长了煤粉和气化剂的混合接触时间，增大了煤粉和气化剂的混合接触面积，从而提高了煤粉中碳的转换率。